Biogasanlagenbetreiber müssen im Arbeitsalltag immer mehr Aufgaben gleichzeitig bewältigen. Egal, ob sie Biomethan erzeugen oder flexibel Strom je nach Bedarf erzeugen: Ein zuverlässiger Anlagenbetrieb ist für die Wirtschaftlichkeit unerlässlich. Dazu gehört, dass Betreiber Prozessstörungen frühzeitig erkennen. Welche Rolle dabei eine automatische Gasanalyse spielen kann und welche Sensoren dafür nötig sind, haben wir Britta-Heide Garben gefragt. Sie betreibt mit ihrem Mann eine Biogasanlage in Sachsen-Anhalt und ist seit 2020 im Vertrieb von Gasanalysegeräten des bayerischen Herstellers Awite Bioenergie auf vielen Anlagen unterwegs.

Wo sehen Sie aktuelle Herausforderungen für Biogasanlagenbetreiber?

Garben: Die Biogasproduktion wird immer komplexer. Der Anlagenbetreiber muss im Arbeitsalltag viele Prozesse und Entwicklungen gleichzeitig im Blick behalten: Zu der eigenen Anlagentechnik und dem biologischen Prozess kommen äußere Faktoren wie Strompreis, Netzengpässe usw. dazu. Künftig muss er mit der Fütterung die Gasproduktion steuern, damit z.B. am Wochenende nicht zu viel Gas erzeugt wird, aber am Montag wieder genug im Speicher ist. Außerdem nimmt die Flut an Bürokratie zu: Es gibt immer neue Pflichten zur Dokumentation mit bestimmten Fristen und Kontrollen – von der Nachhaltigkeitszertifzierung bei den nachwachsenden Rohstoffen über Betriebssicherheits- oder Störfallverordnung und die TRAS 120 bis hin zur AwSV und Düngeverordnung, die die Gärrestlagerung und -ausbringung beeinflussen. Wenn der Betreiber dann noch Wärme verkauft, muss er auch diesen Bereich ständig im Blick haben und mit Kunden verhandeln. Kurzum: Im Arbeitsalltag gibt es viel zu überwachen und zu organisieren.

Sie sind ja selbst Bäuerin und Anlagenbetreiberin. Wie kriegt man das alles unter einen Hut?

Garben: Wichtig ist, dass man sich Hilfe holt: Von Dienstleistern, aber auch in Form von technischen Hilfsmitteln. Und man muss sich immer wieder klarmachen, dass wir am Ende mit dem Gas das Geld verdienen, egal, ob man Strom, Wärme oder Biomethan verkauft. Darum muss die Anlage einwandfrei laufen. Wir haben z.B. früher mit einem mobilen Gasanalysegerät den Prozess überwacht. In den extrem trockenen Jahren 2018 und 2019 wurde die Vergärung wegen der Umstellung von Mais auf alternative Substrate wie Stroh oder Hühnertrockenkot schwieriger und ungleichmäßiger. Das war mit einem mobilen Analysegerät für uns nicht zu lösen. So sind wir nach Gesprächen mit anderen Berufskollegen im Jahr 2020 auf die stationäre Gasanalyse gekommen.

Inzwischen sind Sie ja sogar im Vertrieb für diese Technik tätig. Welche Vorteile bringt die Technik aus Betreibersicht?

Garben: Ganz generell hilft die Gasanalyse bei der Prozessüberwachung. Wichtig sind dabei nicht die einzelnen Werte, sondern die Veränderungen über einen längeren Zeitraum. Sie können auch den Fermenterinhalt im Labor untersuchen lassen. Aber bei uns z.B. ist das nächste Labor so weit entfernt, dass ich die Proben mit der Post schicken müsste. Bis das Ergebnis da ist, ist die Störung längst da und ein Gegensteuern kaum noch möglich. Besser ist da schon eine tägliche Kontrolle der Gasproduktion, vor allem der Gehalt von Wasserstoff, Sauerstoff und Methan. Aber meist schaffen die Betreiber dabei nur einen Rundgang pro Tag. Eine einmalige Messung ist immer nur eine Momentaufnahme und kann zu falschen Rückschlüssen führen.

Inwiefern?

Garben: Wenn ein Betreiber z.B. kurz nach dem Eindosieren von neuem Futter das Gas im Fermenter analysiert, kann sich ein hoher Wasserstoffgehalt zeigen. Das ist völlig normal, Wasserstoff ist ein Zwischenprodukt, das bei der Zersetzung der Biomasse entsteht. Er wird aber in der Regel von den methanbildenden Archaeen zu Methan umgewandelt. Sind die Methanbakterien aus irgendeinem Grund gehemmt, kommt es zum Anstieg der Wasserstoffkonzentration – ein wichtiger Frühwarnindikator für eine Prozessstörung. Wenn der Betreiber den kurzzeitigen Anstieg der Konzentration schon für eine Störung hält und beispielsweise mit der Zugabe von Spurenelementen oder Enzymen gegensteuert, kostet das unter Umständen unnötig viel Geld. Oder es liegt eine echte Störung vor, die man aber aufgrund der großen Messintervalle zu spät erkennt. Hierdurch kann die Methanausbeute sinken.

Wie lässt sich das umgehen?

Garben: Mit einer stationären Gasanalyse zur dauerhaften Messung lernt der Betreiber zunächst einmal seine Anlage und den Prozess genau kennen. Anhand einer grafischen Darstellung der Gaswerte sieht man schnell, ob sich ein Peak kurz nach dem Füttern oder Rühren ergibt und dann wieder abklingt oder ob es einen längerfristigen Anstieg bestimmter Werte gibt. Früher hat man nur den Methangehalt messen. Eine Veränderung des Wasserstoffgehaltes zeigt aber schon ein bis zwei Tage früher an, wenn eine Störung vorliegt. Diese lässt sich dann meist einfach beheben.

Was sind Ursachen für eine Störung?

Garben: Wenn der Wasserstoffgehalt allmählich ansteigt, kann das verschiedene Ursachen haben, wie wir aus der Praxis wissen. Das kann z.B. eine Schwimmschicht sein, die beim Einsatz von Stroh, Mist, Gras oder Zwischenfrüchten keine Seltenheit ist. Erkennt man sie früh, lässt sie sich mit einem zusätzlichen Rühren meist schnell beseitigen. Auch können bei ungünstiger Rührwerkseinstellung Futterberge oder Sinkschichten im Fermenter entstehen. Eine weitere Ursache kann die Zugabe von eiweißreichen Substraten wie Hühnertrockenkot sein, was den Ammoniakgehalt ansteigen lässt und damit die Biologie hemmt. All das kann zu einem Anstieg des Wasserstoffgehaltes führen. Mit dem allmählichen Wechsel von Mais auf faserreiche Substrate wie Mais- oder Getreidestroh, Mist usw. wird der Betrieb unruhiger, eine Kontrolle wird immer wichtiger.

Wenn ein Betreiber einen zusätzlichen Behälter bauen muss, z.B. bei der Anlagenerweiterung oder zur Einhaltung der Düngeverordnung, muss er dann jedes Mal auch eine neue Gasanalyse kaufen?

Garben: Nein, er braucht in der Regel nur eine weitere Messstelle am neuen Behälter sowie die IT-Anbindung an das vorhandene Gerät. Bei der Auswahl der Analysetechnik sollte er daher von Anfang darauf achten, dass sie sich unkompliziert erweitern lässt. Das betrifft nicht nur die Anzahl der Messstellen, sondern auch die Auswahl der Sensoren mit denen die Gasbestandteile gemessen werden sollen.

Warum ist das relevant?

Garben: Wenn jemand z.B. von der Stromproduktion auf die Biomethanerzeugung mit Gaseinspeisung wechselt, gibt es neue Herausforderungen an die biologische Entschwefelung durch Lufteinblasen. Denn wenn eine Anlage – wie häufig üblich – über eine Aquariumpumpe unkontrolliert Luft in den Fermenter bläst, steigt der Stickstoffgehalt an, weil Luft vor allem aus Stickstoff besteht. Wir haben dafür ein System im Programm, das Luft oder Reinsauerstoff in Verbindung mit einem Gerät zur Spaltung von Luft eindosiert. Die automatisch zudosierte Menge hängt u.a. ab vom Schwefelwasserstoffgehalt. Sie gewährleistet, dass nicht zu viel Sauerstoff oder Stickstoff im Fermenter ist und trotzdem der Schwefelwasserstoff zu elementarem Schwefel oxidieren kann. Genauso kann der Betreiber eine Zwischenraumüberwachung für das Doppelmembrandach nachrüsten, die bei neuen Behältern nach der TRAS 120 vorgeschrieben ist. Oder die Nachrüstung von zwei Sensoren für Schwefelwasserstoff vor und nach dem Aktivkohlefilter, um die Funktion der Entschwefelung zu überwachen und den Austausch der Kohle erst dann zu beauftragen, wenn die Filterfunktion nachlässt. Zusammen mit einer Fernüberwachung der Werte und einem entsprechenden Warnservice dient das alles dazu, dem Betreiber Arbeit abzunehmen und den Prozess zu stabilisieren.

Was bringt die Fernüberwachung zusätzlich? Der Betreiber hat doch auch so den Prozess im Blick.

Garben: Das ist richtig. Aber es gibt Situationen, bei denen er vielleicht allein nicht weiterweiß. Wir hatten z.B. Fälle, da ist der Sauerstoffgehalt im Fermenter gesunken. Ursache war der Schlauch, der vom Verdichter in die Behälter führt. Er war defekt, weshalb Luft nicht in den Behälter gelangen konnte. Das führte zum Anstieg des Schwefelwasserstoffgehaltes. In einem anderen Fall hat das Serviceteam aus der Ferne festgestellt, dass die gemessenen Werte für Schwefelwasserstoff nicht plausibel sind. Grund war ein defekter Sensor. Der Betreiber hatte den Einsatz von HTK deutlich erhöht, was dauerhaft zu einem höheren Schwefelgehalt von rund 500 ppm geführt hat. Der Sensor war jedoch nur auf 200 ppm ausgelegt. Den Austausch durch einen neuen, werkskalibrierten Sensor kann der Betreiber anhand einer Videoanleitung selbst vornehmen. Das spart Anfahrtskosten für den Techniker.